心肌细胞，绿色，凝胶注射后小鼠心脏的增殖。研究人员展示了一种可注射的凝胶，可释放被称为MicroRNA的短基因序列进入心脏肌肉，使其在损伤后再生。
在哺乳动物，包括人类，收缩心肌的细胞，使其在受伤后不能再生。在心脏病发作后，这些心肌细胞的急剧丧失，那些生存不能有效复制的人。随着这些收缩细胞较少，称为心肌细胞，心脏泵浦每次节拍的血液减少，导致与心脏病相关的死亡率增加。
现在，宾夕法尼亚州工程学院和应用科学学院的研究人员使用了小鼠模型来证明一种新的方法来重启现有的心肌细胞中的复制：一种可注射凝胶，慢慢释放称为MicroRNA的短基因序列进入心脏肌肉。
虽然心肌细胞未再生的原因不完全明白，但研究人员使用微小RNA，其靶向与细胞增殖相关的信号传导途径，并且能够抑制保护心肌细胞的一些固有的“止挡”信号复制。这导致心肌细胞重新激活它们的增殖潜力。
随着细胞的垂体细胞垂涎和再现，心脏病发作后用这种凝胶治疗的小鼠在关键相关类别中显示出改善的恢复。
该研究由Edward Morrisey，医学教授，细胞和分子生物学研究生小组和宾夕法尼亚州医学研究所的宾夕法尼亚州再生医学研究所的科学主任;杰森伯迪克，宾夕法尼亚州工程生物工程教授; Beo Wang，Burdick实验室的研究生;刘刘，莫里西实验室的博士后研究员。
它发表于自然生物医学工程期刊。
过去研究了基于MicroRNA的疗法，但在正确的地方递送正确的剂量是一致的挑战。
“生物药物变得非常快，”莫里西说。“我们在血液中使用持续不到八小时的微小润荷，所以具有高局部浓度具有很强的优势。”
他们的短暂寿命意味着，如果患者得到全身治疗，则需要经常用大剂量注射，以确保足够量的MicroRNA在心脏中达到它们的目标。由于这些MicroRNA设计用于促进细胞增殖，因此存在肿瘤产生的偏离目标效果的风险。
Morissey实验室研究了心脏和肺部发育和再生的信号传导途径，而Burdick Lab在设计用于药物递送的生物相容性材料方面拥有经验。两组合作，找到了将MicroRNA的最佳方式达到心肌细胞，并且它们持续足够长，以便有效。
“我们希望为特定药物和应用设计合适的材料，”Burdick说。“这种凝胶最重要的性状是它是剪切变薄和自我愈合。剪切变薄意味着它具有可以在机械应力下破裂的粘合，使其更流体并且允许其流过注射器或导管。自我愈合意味着当压力被移除时，凝胶的债券重新形成，使其能够保持在心肌内。“
“除了给予凝胶浓度的粘合之外，”王说：“凝胶具有保持微大车衫的附件网站。随着凝胶破裂，它会失去对微大罗氏的抓握，这可以从凝胶中滑出并进入心肌细胞。“
在封装时，MicroRNA也受到降解，最大化它们可以有效的时间段，而不会侵入靶细胞的风险。
“可能是一周或两次伤害后，心肌细胞易受这种刺激措施的时间窗口，”莫里西说。“我们希望促进短期的扩散，然后停止。”
为了测试他们的凝胶，研究人员使用了三种类型的小鼠模型。
第一组是正常的，健康的小鼠。在注射凝胶后的几天内，他们的心脏组织显示出增加心肌细胞增殖的生物标志物。
第二组是“五彩纸屑小鼠”，所谓的，因为它们是遗传设计的，使得它们具有含有四种不同荧光蛋白之一随机表达其中一种的心肌细胞。这些荧光标记允许研究人员看到史式心肌细胞确实响应微润润治疗。在诱导小鼠中的心脏病发作并引入微小凝胶后，研究人员可以看到单红色，黄色或绿色心肌细胞已成为簇，范围从两到八个相同颜色的细胞。
第三组是小鼠，其中也诱导心脏病发作，从而可以研究治疗的临床相关结果。与对照组相比，这些小鼠表现出改善的恢复，包括更高的喷射部分 - 更多的血液用每个节拍泵送 - 并且心脏尺寸较小。扩大的心是心脏病发作的常见后果，由非收缩瘢痕组织组成的扩张区域。
随着小鼠的有希望的结果，研究人员的后续步骤将涉及在体外测试人体心脏细胞，并在动物中进行生理实验，例如猪等人类的心脏。
研究人员认为这种微小凝胶方法是代表精密再生医学的新的，更直接的大道。
“我们看到再生医学方法的改变，使用干细胞交付的替代品，”布德克说。“这里，而不是引入可以拥有自己的送货挑战的新细胞，我们只需打开在内心和其他组织损伤的细胞中的修复机制。”
通过美国心脏协会的金融支持通过德国的调查员奖，通过向伯迪克和倒来的王国奖学金以及通过GRANT F30 HL134255，UO1 HL100405和U01 HL134745来通过向王和盗版的奖学金以及国家卫生研究院进行金融支持。
Jennifer J. Chung，Tao Wang，Ann C. Gaffey，Minmin Lu，Christina A. Cavanaugh，Su Zhou，Rahul Kanade和Pavan Atluri，所有的Penn医学也为该研究做出了贡献。
已经提出了本工作中描述的技术的临时专利。
出版物：Leo L. Wang等，“从注射水凝胶的持续miRNA递送促进缺血性损伤后的心肌细胞增殖和功能再生，”自然生物医学工程（2017）DOI：10.1038 / S41551-017-0157-y
